建造者模式

1.建造者模式前言

建造者模式是较为复杂的创建型模式，它将客户端与包含多个组成部分(或部件)的复杂对象的创建过程分离，客户端无须知道复杂对象的内部组成部分与装配方式，只需要知道所需建造者的类型即可。它关注如何一步一步创建一个复杂对象，不同的具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方便，无须修改已有代码，系统具有较好的扩展性。

2.建造者模式定义

建造者模式(Builder Pattern)：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式是一种对象创建型模式。

3.建造者模式结构图

在建造者模式结构图中包含如下几个角色：

抽象建造者(Builder)：它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是buildPartX()，它们用于创建复杂对象的各个部件；另一类方法是getResult()，它们用于返回复杂对象。Builder既可以是抽象类，也可以是接口。

具体建造者(ConcreteBuilder)：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。

产品角色(Product)：它是被构建的负责对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。

指挥者(Director)：指挥者又称导演类，它负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。客户端一般只需要与指挥者进行交互，在客户端确定具体建造者的类型，并实例化具体建造者对象，然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

在建造者模式的定义中提到了复杂对象，那么什么是复杂对象？简单来说，复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象，这些成员属性也称为部件或零件，如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件，电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件，一个典型的复杂对象代码示例如下：

复杂对象

public class Product {    private String partA;    private String partB;    private String partC;    public String getPartA() {        return partA;    }    public void setPartA(String partA) {        this.partA = partA;    }    public String getPartB() {        return partB;    }    public void setPartB(String partB) {        this.partB = partB;    }    public String getPartC() {        return partC;    }    public void setPartC(String partC) {        this.partC = partC;    }}

抽象建造者类

public abstract class Builder {    protected Product product = new Product();    public abstract void buildPartA();    public abstract void buildPartB();    public abstract void buildPartC();    public Product getResult() {        return product;    }}

在ConcreteBuilder中实现了buildPartX()方法，通过调用Product的setPartX()方法可以给产品对象的成员属性赋值。不同的具体建造者在实现buildPartX()方法时将有所区别，如setPartX()方法的参数可能不一样，在有些具体建造者类中某些setPartX()方法无须实现。而这些对于客户端来说都无须关心，客户端只需知道具体建造者类型即可。

指挥者类

public class Director {    private Builder builder;    public Director(Builder builder) {        super();        this.builder = builder;    }    public void setBuilder(Builder builder) {        this.builder = builder;    }    public Product construct() {        builder.buildPartA();        builder.buildPartB();        builder.buildPartC();        return builder.getResult();    }}

客户端代码

...Builder builder = new ConcreteBuilder();Director director = new Director(builder);Product product = director.construct();...

建造者模式与抽象工厂模式有点相似，但是建造者模式返回一个完整的复杂产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品；在抽象工厂模式中，客户端通过选择具体工厂来生成所需对象，而在建造者模式中，客户端通过指定具体建造者类型并指导Director类如何去生成对象，侧重于一步步构造一个复杂对象，然后将结果返回。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂，生成不同类型的汽车配件，那么建造者模式就是一个汽车组装厂，通过对配件进行组装返回一辆完整的汽车。

4.建造者模式实例

Sunny公司开发人员决定使用建造者模式来实现游戏角色的创建，其基本结构如下图所示：

上图中，ActorController充当指挥者，ActorBuilder充当抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充当具体建造者，Actor充当复杂产品。

具体代码如下

工程目录结构

角色类：复杂产品

package cn.red.builder.impl;public class Actor {    private String type;    private String sex;    private String face;    private String costume;    private String hairstyle;    public String getType() {        return type;    }    public void setType(String type) {        this.type = type;    }    public String getSex() {        return sex;    }    public void setSex(String sex) {        this.sex = sex;    }    public String getFace() {        return face;    }    public void setFace(String face) {        this.face = face;    }    public String getCostume() {        return costume;    }    public void setCostume(String costume) {        this.costume = costume;    }    public String getHairstyle() {        return hairstyle;    }    public void setHairstyle(String hairstyle) {        this.hairstyle = hairstyle;    }}

角色建造器：抽象建造者

package cn.red.builder.impl;public abstract class ActorBuilder {    protected Actor actor = new Actor();    public abstract void buildType();    public abstract void buildSex();    public abstract void buildFace();    public abstract void buildCostume();    public abstract void buildHairstyle();    //工厂方法，返回一个完整的游戏角色对象    public Actor createActor(){        return actor;    }}

英雄角色建造器：具体建造者

package cn.red.builder.impl;public class HeroBuilder extends ActorBuilder {    @Override    public void buildType() {        actor.setType("英雄");    }    @Override    public void buildSex() {        actor.setSex("男");    }    @Override    public void buildFace() {        actor.setFace("英俊");    }    @Override    public void buildCostume() {        actor.setCostume("盔甲");    }    @Override    public void buildHairstyle() {        actor.setHairstyle("飘逸");    }}

天使建造器：具体建造者

package cn.red.builder.impl;public class AngelBuilder extends ActorBuilder {    @Override    public void buildType() {        actor.setType("天使");    }    @Override    public void buildSex() {        actor.setSex("女");    }    @Override    public void buildFace() {        actor.setFace("漂亮");    }    @Override    public void buildCostume() {        actor.setCostume("白色长裙");    }    @Override    public void buildHairstyle() {        actor.setHairstyle("披肩长发");    }}

恶魔建造器：具体建造者

package cn.red.builder.impl;

public class DevilBuilder extends ActorBuilder {    @Override    public void buildType() {        actor.setType("恶魔");    }    @Override    public void buildSex() {        actor.setSex("妖");    }    @Override    public void buildFace() {        actor.setFace("丑陋");    }    @Override    public void buildCostume() {        actor.setCostume("黑衣");    }    @Override    public void buildHairstyle() {        actor.setHairstyle("光头");    }}

角色创建控制器：指挥者

package cn.red.builder.impl;public class ActorController {    //逐步构建复杂产品对象    public Actor construct(ActorBuilder ab){        Actor actor;        ab.buildType();        ab.buildSex();        ab.buildFace();        ab.buildCostume();        ab.buildHairstyle();        actor = ab.createActor();        return actor;    }}

客户端测试代码：

package cn.red.builder.impl;public class Client {    public static void main(String[] args) {        //针对抽象建造者编程        ActorBuilder ab = new AngelBuilder();        ActorController ac = new ActorController();        //通过指挥者创建完整的产品对象        Actor actor = ac.construct(ab);        System.out.println("外观：" + actor.getType());        System.out.println("性别：" + actor.getSex());        System.out.println("面容：" + actor.getFace());        System.out.println("服装：" + actor.getCostume());        System.out.println("发型：" + actor.getHairstyle());    }}

输出结果：

外观：天使性别：女面容：漂亮服装：白色长裙发型：披肩长发

在建造模式中，客户端只需实例化智慧者类，指挥者类针对抽象建造者编程，客户根据需要传入具体的建造者类型，指挥者将指导具体建造者一步一步构造一个完整的产品(逐步调用具体建造者的buildX()方法)，相同的构造过程可以创建完全不同的产品。在游戏角色实例中，如果需要更换角色，只需要更换具体角色建造者类即可；如果需要增加新角色，可以增加一个新的具体角色建造者类作为抽象建造者类的子类，原有代码无须修改，完全符合“开闭原则”。

5.建造者模式总结

建造者模式的核心在于如何一步步构建一个包含多个组成部件的完整对象，使用相同的构建过程构建不同的产品，在软件开发中，如果我们需要创建复杂对象并希望系统具备很好的灵活性和可扩展性可以考虑使用建造者模式。

1.主要优点

（1）在建造者模式中，客户端不比知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。

（2）每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。由于指挥者类针对抽象建造者编程，增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，系统扩展方便，符合“开闭原则”。

（3）可以更加精细地控制产品的创建过程。将复杂产品的创建步骤分解在不同方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。

2.主要缺点

（1）建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，例如很多组成部分都不相同，不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。

（2）如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，增加系统的理解难度和运行成本。

6.适用场景

（1）需要生产的产品对象由复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性。

（2）需要生产的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。

（3）对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中通过引入了智慧者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类和客户类中。

（4）隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。